ズームレンズおよび撮像装置
【課題】ズームレンズにおいて、高い光学性能を保持するとともに、高倍率を有し、小型に構成可能である。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群Ｇ２と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群Ｇ４とを備える。第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の負レンズＬ２１と、１枚の正レンズＬ２２および１枚の負レンズＬ２３からなる接合レンズと、１枚の正レンズＬ２４とを含む。
【解決手段】ズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群Ｇ２と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群Ｇ４とを備える。第２レンズ群は、物体側から順に、１枚の負レンズＬ２１と、１枚の正レンズＬ２２および１枚の負レンズＬ２３からなる接合レンズと、１枚の正レンズＬ２４とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられるズームレンズとして、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動することにより変倍を行い、変倍に伴う像面の補正を第４レンズ群により行うリアフォーカス式の４群ズームレンズが知られている。
【０００３】
リアフォーカス式の４群ズームレンズとしては、例えば特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、第２レンズ群を物体側から順に、負レンズと、負レンズおよび正レンズの接合レンズとからなる２群３枚構成とし、１０倍程度のズーム比を有するズームレンズが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、第２レンズ群を物体側から順に、負レンズと、負レンズと、両凹形状の負レンズおよび正レンズの接合レンズとからなる３群４枚構成としたズームレンズが開示されている（なお、特許文献２に記載の第２群を本明細書においては第２レンズ群と呼ぶことにする）。
【０００５】
一方、より広角でズーム比の大きいズームレンズを実現するために、５群構成としたズームレンズも知られている。特許文献３には、上記のような４群方式のズームレンズに対して、固定群として正の屈折力を有する第５レンズ群を追加し、２０倍程度の変倍比を確保したズームレンズが開示されている。
【０００６】
その他、本願とパワー配置およびズーム方式が異なる４群構成のズームレンズとしては、例えば特許文献４に記載のものがある。特許文献４には、物体側から順にそれぞれ、正、負、負、正の屈折力を有する第１〜第４レンズ群を有し、第１レンズ群と第４レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動することにより変倍を行い、変倍に伴う像面の補正を第３レンズ群により行うインナーズーム方式のズームレンズが記載されている（なお、特許文献４に記載の第１群、第２群、第３群、第４群を、本明細書においてはそれぞれ第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群と呼ぶことにする）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６７００６号公報
【特許文献２】特開２００７−１４８３４０号公報
【特許文献３】特開平９−９０２２１号公報
【特許文献４】特開２００８−２４１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年では、上記分野のカメラに搭載される撮像素子の高画素化に伴い、光学系に対しても高性能化が要望されており、さらには、約１５〜２０倍の高変倍比に対する要望も高まっている。これらの要望に加え、コンパクトな構成に対する従来からの要望も依然として存在している。
【０００９】
特許文献１記載のズームレンズは、光学系の小型化には有利であるが、ズーム比を１５倍以上とした場合、第１群レンズ群に起因する望遠端における軸上色収差と球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲を補正しきれず、ズーム全域で高性能を実現することは困難である。
【００１０】
特許文献２記載のズームレンズは、第２レンズ群が物体側から順に負、負、負、正の４枚構成であり、特許文献１に記載のものよりも第２レンズ群のレンズ枚数が１枚多い。しかし、特許文献２記載のズームレンズの第２レンズ群は、正レンズが１枚しかないため、基準波長の収差補正の負担が大きく、十分な色収差補正を行うことが困難である。
【００１１】
特許文献３記載のズームレンズは、２０倍程度の変倍比を有するものであるが、５群構成であるため、光学系の小型化に不利である。
【００１２】
特許文献４記載のズームレンズは、第２レンズ群および第３レンズ群が負レンズ群である。望遠端での青色の波長帯域の色収差を補正するためには、負レンズ群の屈折力を強くする必要があるが、特許文献４記載のズームレンズにおいて、負レンズ群の屈折力を強めると、第４レンズ群の大型化や球面収差の増大を招いてしまうため、好ましくない。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い光学性能を保持するとともに、高倍率を有し、小型に構成可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、第２レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、１枚の正レンズとを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のズームレンズでは、４つのレンズ群のうち、第２レンズ群のみを負レンズ群としており、必然的に第２レンズ群の屈折力が強くなるため、望遠端での青色の波長帯域の色収差の補正に有利となる。また、本発明のズームレンズでは、第２レンズ群の構成を、正負のレンズからなる接合レンズを含み、物体側から２番目および４番目に正レンズが配置された少なくとも２枚の正レンズを有する４枚構成とすることが可能である。これにより、望遠端における軸上色収差の補正が容易になり、高い光学性能を保持しながら、高倍率化および小型化を実現しやすくなる。
【００１６】
本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群が、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた１枚の負レンズと、像側に凸面を向けた接合面を有する１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、像側に凹面を向けた１枚の正レンズとからなる３群４枚構成であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の接合レンズを構成する正レンズと負レンズのｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【００１８】
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、第２レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【００１９】
ここで、接合面の曲率半径Ｒ２３ｆの符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。
本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群における最も像側の正レンズのｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【００２０】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズからなる接合レンズと、２枚の正の単レンズとを含むように構成してもよい。
【００２１】
その際に、第１レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、第１レンズ群の接合レンズを構成する正レンズおよび第１レンズ群の２枚の正の単レンズのｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとし、第１レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（４）、（５）、（６）の少なくとも１つを満たすことが好ましい。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【００２２】
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群が、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、第３レンズ群の少なくとも１枚の正レンズが少なくとも１面の非球面を有するように構成してもよい。
【００２３】
また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群が、物体側から順に、２枚の正レンズと、１枚の負レンズとからなり、第４レンズ群における最も物体側の正レンズは両面が非球面であり、第４レンズ群の負レンズは像側に凹面を向けているように構成してもよい。
【００２４】
なお、上記の第３レンズ群および第４レンズ群の非球面を有するレンズの屈折力の符号は、近軸領域におけるものとする。
【００２５】
また、本発明のズームレンズにおいては、全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【００２６】
ここで、上記のＴｄの算出の際には、バックフォーカス分は空気換算長を用いるものとする。
【００２７】
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第１〜第４レンズ群のうち第２レンズ群のみを負レンズ群とし、第２レンズ群の構成を好適に設定しているため、高い光学性能を保持するとともに、高倍率を有し、小型に構成可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例２のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図３】本発明の実施例３のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図４】本発明の実施例４のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図５】本発明の実施例５のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図６】本発明の実施例６のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｌ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｌ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｌ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）は本発明の実施例６のズームレンズの各収差図
【図１３】本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。
【００３２】
このズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００３３】
このズームレンズは、リアフォーカス方式のズームレンズであり、広角端から望遠端への変倍を行う際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚに沿って移動させることにより行うように構成されている。
【００３４】
図１では、左側が物体側、右側が像側であり、上段に広角端におけるレンズ配置を示し、下段に望遠端におけるレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。
【００３５】
また、図１では像面をＳｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像素子が搭載された撮像装置に適用する際には、像面Ｓｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。
【００３６】
ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１では、最も像側のレンズ群と像面Ｓｉｍとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。
【００３７】
本実施形態のズームレンズは、主に第２レンズ群Ｇ２に特徴的な構成を有している。第２レンズ群Ｇ２は、図１に示す例のように、物体側から順に、１枚の負レンズＬ２１と、１枚の正レンズＬ２２および１枚の負レンズＬ２３からなる接合レンズと、１枚の正レンズＬ２４とを含むように構成される。
【００３８】
特許文献１〜３に記載された従来例の第２レンズ群では、正レンズは最も像側の１枚だけであり、これでは十分な色収差補正を行うことが困難であった。これに対して、図１に示す本実施形態にかかるズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目と４番目に正レンズを配置しており、計２枚の正レンズを有しているため、良好な色収差の補正が可能になる。
【００３９】
特に本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に正レンズＬ２２が配置されている点が特許文献１〜３の従来例と大きく異なる。この正レンズＬ２２と負レンズＬ２３とで接合レンズを構成することで、この接合レンズの接合面の曲率半径を小さくすることができ、これにより、色収差、特に望遠端における軸上色収差を良好に補正することが可能になる。
【００４０】
このタイプのズームレンズでは、望遠端における色収差を補正するために、第１レンズ群のレンズ材料に異常分散材料を用いることが考えられるが、第１レンズ群に異常分散材料を用いると、第１レンズ群で無視できない程度の青色の波長帯域の色収差が発生してしまう可能性が高い。全系の色収差を良好に抑えるためには第１レンズ群で発生するこの青色の波長帯域の色収差を他のレンズ群でキャンセルする必要がある。これには、光線が高く発散群である第２レンズ群で行うことが考えられる。
【００４１】
しかし、特許文献１〜３の従来例のような正レンズが１枚しかない第２レンズ群の構成では、第１レンズ群に異常分散材料を用いた場合に発生する青色の波長帯域の色収差をキャンセルすることが困難であった。これに対して、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の構成によれば、第１レンズ群に異常分散材料を用いても、その際に発生する青色の波長帯域の色収差をキャンセルして全系で良好な色収差補正を行うことができる。なお、望遠端における色収差は、高倍率化に伴って大きく発現する傾向にあるため、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の構成は、高倍率化を図る上で特に有効である。
【００４２】
なお、望遠端での青色の波長帯域の色収差を補正するためには、負レンズ群の屈折力を強くする必要があるが、本実施形態では第２レンズ群が唯一の負レンズ群であるため、必然的に第２レンズ群の屈折力は強いものとなっており、望遠端での青色の波長帯域の色収差の補正に有利である。また、本実施形態では、第２レンズ群の像側に続いて配置される第３レンズ群が正レンズ群であることから、第２レンズ群で発散した光線を第３レンズ群で収束できるため、第２レンズ群の屈折力を強くしても第４レンズ群の大型化を心配する必要はない。
【００４３】
これに対して、特許文献４の従来例では第２レンズ群と第３レンズ群がともに負レンズ群であり、これら２つの負レンズ群で負の屈折力を分配する構成であるため、各負レンズ群の屈折力を強くしにくい。また、特許文献４の従来例では、第２レンズ群、第３レンズ群で発散した光線が第４レンズ群に入射するため、負レンズ群（第２レンズ群および／または第３レンズ群）の屈折力を強めると、第４レンズ群の大型化や、球面収差の増大を招いてしまうことになり、好ましくない。
【００４４】
本実施形態の第２レンズ群Ｇ２のさらに詳細な構成としては、最も物体側の負レンズＬ２１は像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けていることが好ましく、正レンズＬ２２および負レンズＬ２３からなる接合レンズの接合面は像側に凸面を向けていることが好ましく、正レンズＬ２４は像側に凹面を向けていることが好ましい。
【００４５】
仮に負レンズＬ２１が像側に曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けるように構成した場合には、広角端における像面湾曲がマイナス側に倒れ、望遠端における球面収差がマイナス側に倒れてしまう。
【００４６】
仮に正レンズＬ２２および負レンズＬ２３からなる接合レンズの接合面が像側に凹面を向けるように構成した場合には、広角端における倍率色収差が大きくなるとともに、望遠端における青色の波長帯域の軸上色収差が補正不足となる。
【００４７】
仮に正レンズＬ２４が像側に凸面を向けるように構成した場合には、中間から望遠端におけるコマ収差が大きくなってしまう。
【００４８】
例えば、図１に示す例の第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２および両凹形状の負レンズＬ２３の貼り合わせによる接合レンズと、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２４とが配されてなる３群４枚構成を採っている。
【００４９】
なお、第２レンズ群Ｇ２は５枚以上のレンズを有する構成を採ることも考えられるが、コンパクト性を重視する場合は、上記のような、負レンズＬ２１と、正レンズＬ２２および負レンズＬ２３による接合レンズと、正レンズＬ２４とからなる３群４枚構成とすることが好ましい。
【００５０】
第１レンズ群Ｇ１の構成としては、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の単レンズである正レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むことが好ましい。
【００５１】
第１レンズ群Ｇ１をこのような構成とすることにより、正の屈折力を分散させ、第１レンズ群Ｇ１に起因する望遠端における軸上色収差と球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲を良好に補正することができる。
【００５２】
第１レンズ群Ｇ１のさらに詳細な構成としては、負レンズＬ１１は像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、正レンズＬ１２、Ｌ１３、１４は全て物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましい。このような構成により、望遠端における周辺光束、広角端における軸外光束の各面での入射角が大きくなるのを抑制することができ、望遠端における球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲の補正効果を高めることができる。
【００５３】
なお、第１レンズ群Ｇ１は５枚以上のレンズを有する構成を採ることも考えられるが、コンパクト性を重視する場合は、上記のような、物体側から順に、負レンズＬ１１および正レンズＬ１２による接合レンズと、２枚の単レンズである正レンズＬ１３、１４とが配されてなる３群４枚構成とすることが好ましい。
【００５４】
ここで、第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数に注目して、図１に示す本実施形態のズームレンズと特許文献４に記載のズームレンズとを比較する。特許文献４に記載のズームレンズの第１レンズ群（すなわち特許文献４の記載における第１群Ｇ１）は、５枚構成であり、図１に示す本実施形態のものより１枚多い。特許文献４に記載のズームレンズでは、第１レンズ群の構成を適切に設定することにより、第１レンズ群で望遠端寄りの軸上色収差を補正しているため、第２レンズ群（すなわち特許文献４の記載における第２群Ｇ２）の青色の波長帯域の色収差の補正効果は少ない。
【００５５】
したがって、小型化等の目的で、単純に特許文献４記載のズームレンズの第１レンズ群の枚数を減じた場合、第１レンズ群、第２レンズ群のレンズ枚数は見かけ上本実施形態と同様となるが、色収差補正能力は本実施形態と同等のものを期待することはできない。特許文献４記載のズームレンズの第１レンズ群の枚数を減じるのであれば、軸上色収差補正のために異常分散材料を用いる必要が生じ、その場合には前述したような考察が必要となる。
【００５６】
本発明の実施形態にかかる第３レンズ群Ｇ３の構成としては、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、第３レンズ群Ｇ３に含まれる少なくとも１枚の正レンズは少なくとも１面が非球面であることが好ましい。第３レンズ群Ｇ３が正レンズと負レンズの両方を有することで、色収差の補正においてバランスをとりやすくなる。また、非球面レンズを有することで、ズーム全域で軸上光束および軸外光束の両方の光束に作用し、良好に収差補正して高い光学性能を得ることが容易となる。
【００５７】
例えば図１に示す例の第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２とが配されてなる２群２枚構成であるが、第３レンズ群Ｇ３は、後述の実施例に示すように、２枚の正レンズと１枚の負レンズとで構成してもよく、あるいは１枚の正レンズと２枚の負レンズとで構成してもよい。また、第３レンズ群Ｇ３は、隣り合う正レンズと負レンズを接合した構成を採用してもよい。
【００５８】
第４レンズ群Ｇ４の構成としては、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、２枚の正レンズＬ４１、Ｌ４２と、１枚の負レンズＬ４３とからなり、第４レンズ群Ｇ４における最も物体側の正レンズＬ４１は両面が非球面であり、第４レンズ群Ｇ４における負レンズＬ４３は像側に凹面を向けていることが好ましい。
【００５９】
仮に負レンズＬ４３が像側に凸面を向けるように構成した場合には、広角端から中間で、球面収差がプラス側に倒れてしまう。
【００６０】
第４レンズ群Ｇ４が正レンズと負レンズの両方を有することで、色収差の補正においてバランスをとりやすくなり、第４レンズ群Ｇ４が２枚の正レンズを有することで第４レンズ群Ｇ４に必要な正の屈折力を確保しやすくなる。また、非球面レンズを有することで、主に広角端で軸上光束および軸外光束、望遠端で軸外光束に作用し、良好に収差補正して高い光学性能を得ることが容易となる。
【００６１】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下に述べる条件式を満たすことが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式のいずれか１つの式を満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。以下に、条件式と、その作用効果について述べる。
【００６２】
第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【００６３】
条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のアッベ数の差の範囲を規定するものである。一般に、高変倍比になると、望遠端の軸上色収差を補正することが困難になる。条件式（１）は、軸上色収差を良好に補正するための式である。条件式（１）の下限以下になると、軸上色収差を補正するために必要なアッベ数の差を得ることができず、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。
【００６４】
第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【００６５】
条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と接合面の曲率半径の関係を規定するものである。条件式（２）の下限以下になると、望遠端における赤色の波長帯域の軸上色収差が大きくなり、好ましくない。条件式（２）の上限以上になると、望遠端における青色の波長帯域の軸上色収差が大きくなり、好ましくない。
【００６６】
第２レンズ群Ｇ２における最も像側の正レンズ（図１に示す例では正レンズＬ２４）のｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【００６７】
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の正レンズの屈折率の範囲を規定するものである。条件式（３）の下限以下になると、必要な屈折力を得るために曲率半径が小さくなり、そうするとレンズ周辺部まで含めて考えたときの第２レンズ群Ｇ２全体の光軸方向の長さが長くなり、好ましくない。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むように構成される場合、負レンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、接合レンズを構成する正レンズＬ１２および２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４のｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとしたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことが好ましい。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
【００６９】
条件式（４）、（５）は望遠端における色収差を良好に補正するためのものである。条件式（４）、（５）を満足するレンズ材料の組み合わせを選択することにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する軸上色収差を小さくし、望遠端における色にじみによる性能劣化を抑制することができる。
【００７０】
第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むように構成される場合、負レンズＬ１１のｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【００７１】
条件式（１）は第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズの屈折率を規定するものである。条件式（１）の下限以下になると、望遠比を小さくした場合に望遠端において諸収差、特にコマ収差が大きくなり、高性能を維持することができない。
全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【００７２】
条件式（７）は、望遠端における焦点距離に対する光学系全長を規定するものである。条件式（７）の下限以下になると、光学系全長の短縮には有利であるが、諸収差、特に望遠端における軸上色収差を補正することが困難となり、ズーム全域で高性能を維持することができない。条件式（７）の上限以上になると、収差の補正には有利であるが、光学系全長が長くなり小型化に反するため好ましくない。
【００７３】
第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のｄ線における屈折率をそれぞれＮ２２、Ｎ２３としたとき、下記条件式（８）を満たすことが好ましい。
｜Ｎ２２−Ｎ２３｜＜０．０３５ … （８）
【００７４】
条件式（８）は、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３の屈折率の差の範囲を規定するものである。条件式（８）の上限以上になると、軸上色収差以外の諸収差を良好に補正することが困難になる。
【００７５】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下の条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）のいずれかあるいは全てを満足することがより好ましい。条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）それぞれを満たすことで、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）それぞれを満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
ν２３−ν２２＞１８．０ … （１−１）
１．００＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．４０ … （２−１）
１．８４＜Ｎ２４ … （３−１）
１８．０＜ν１ｎ＜２６．０ … （４−１）
５６．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５−１）
１．８０＜Ｎ１ｎ … （６−１）
１．１０＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．４０ … （７−１）
【００７６】
また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
【００７７】
本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。
【００７８】
図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、４群を有するリアフォーカス方式のズームレンズにおいて、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型の構成と、高倍率、および高い光学性能を実現することができる。
【００８０】
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１のズームレンズのレンズ断面図は図１に示したものである。実施例２〜６のズームレンズの各レンズ断面図をそれぞれ図２〜図６に示す。図２〜図６の図示方法は図１のものと同様である。
【００８１】
実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、非球面データを表２に、諸データを表３に、各群の焦点距離を表４に示す。同様に、実施例２〜６にかかるズームレンズの基本レンズデータ、非球面データ、諸データ、各群の焦点距離を表５〜表２４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜６のものについても基本的に同様である。
【００８２】
表１の基本レンズデータでは、物体面の位置を無限遠とし、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に（開口絞り）と記載している。基本レンズデータの曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
【００８３】
表１の基本レンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤ７、Ｄ１４、Ｄ１９、Ｄ２５の符号を記載し、各符号の後に（可変）と記載している。後述の実施例についても同様に、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には対応する符号を記載している。
【００８４】
表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として光軸近傍の曲率半径の数値を示している。表２の非球面データには、非球面の面番号と、各非球面の非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＢｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＲＢｍ・ｈｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍の曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）
【００８５】
なお、表２の非球面係数の数値において、記号Ｅは、その次に続く数値が１０を底としたべき指数であることを示し、その１０を底とした指数関数で示される数値がＥの前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−２」であれば「１．０×１０−２」であることを示す。
【００８６】
表３の諸データには、ズーム比と、広角端、中間、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバー、半画角ω、最大の像高Ｙ、レンズ系全長、バックフォーカス、変倍時に変化する各面間隔Ｄ７、Ｄ１４、Ｄ１９、Ｄ２５の値を示す。
【００８７】
表４の各群の焦点距離には、第１レンズ群〜第４レンズ群の各群の始面（最も物体側の面）と、焦点距離を示す。
【００８８】
なお、ここでは一例として、表１〜表４における長さの単位に「ｍｍ」を用い、角度の単位に「度」を用い、式（Ａ）のＺｄ、ｈの単位に「ｍｍ」を用いている。しかし、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００８９】
【表１】
【００９０】
【表２】
【００９１】
【表３】
【００９２】
【表４】
【００９３】
実施例１のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３を正レンズＬ３１と、負レンズＬ３２の２枚で構成していたが、実施例２のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３を正レンズＬ３１と、正レンズＬ３２と、負レンズＬ３３の３枚で構成している。実施例３〜６の第３レンズ群Ｇ３も３枚構成である。
【００９４】
【表５】
【００９５】
【表６】
【００９６】
【表７】
【００９７】
【表８】
【００９８】
【表９】
【００９９】
【表１０】
【０１００】
【表１１】
【０１０１】
【表１２】
【０１０２】
【表１３】
【０１０３】
【表１４】
【０１０４】
【表１５】
【０１０５】
【表１６】
【０１０６】
【表１７】
【０１０７】
【表１８】
【０１０８】
【表１９】
【０１０９】
【表２０】
【０１１０】
【表２１】
【０１１１】
【表２２】
【０１１２】
【表２３】
【０１１３】
【表２４】
【０１１４】
表２５に、実施例１〜６における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。表２５からわかるように、実施例１〜６のいずれも、条件式（１）〜（８）を満足している。
【０１１５】
【表２５】
【０１１６】
図７（Ａ）〜図７（Ｌ）に実施例１のズームレンズの広角端、中間、望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、波長５８７．６ｎｍでの収差を実線、波長４６０．０ｎｍでの収差を破線、波長６１５．０ｎｍでの収差を一点鎖線で示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。
【０１１７】
同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｌ）、図９（Ａ）〜図９（Ｌ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）に、実施例２〜６のズームレンズの広角端、中間、望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。
【０１１８】
以上のデータから、実施例１〜６のズームレンズは、１５〜２０倍程度の高倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのＦナンバーが１．６程度と小さく、広角端から望遠端にわたり各収差が良好に補正されて可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。
【０１１９】
図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１３では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示している。
【０１２０】
ビデオカメラ１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子４と、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子４としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子４は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。
【０１２１】
ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子４の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子４からの出力信号が信号処理回路５にて演算処理され、表示装置６に像が表示される。
【０１２２】
なお、図１３には、１つの撮像素子４を用いた、いわゆる単板方式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ１と撮像素子４の間にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する３つの撮像素子を用いた、いわゆる３板方式のものでもよい。
【０１２３】
本発明の実施形態にかかるズームレンズ１は前述した長所を有するものであるため、本実施形態の撮像装置は、１５〜２０倍程度の変倍比を有し、小型に構成可能で、かつ高画質の映像を得ることができる。
【０１２４】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
【符号の説明】
【０１２５】
１ ズームレンズ
２ フィルタ
４ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ズームレンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、ビデオカメラや電子スチルカメラ、監視カメラ等に好適に使用可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオカメラや電子スチルカメラ等に用いられるズームレンズとして、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動することにより変倍を行い、変倍に伴う像面の補正を第４レンズ群により行うリアフォーカス式の４群ズームレンズが知られている。
【０００３】
リアフォーカス式の４群ズームレンズとしては、例えば特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、第２レンズ群を物体側から順に、負レンズと、負レンズおよび正レンズの接合レンズとからなる２群３枚構成とし、１０倍程度のズーム比を有するズームレンズが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、第２レンズ群を物体側から順に、負レンズと、負レンズと、両凹形状の負レンズおよび正レンズの接合レンズとからなる３群４枚構成としたズームレンズが開示されている（なお、特許文献２に記載の第２群を本明細書においては第２レンズ群と呼ぶことにする）。
【０００５】
一方、より広角でズーム比の大きいズームレンズを実現するために、５群構成としたズームレンズも知られている。特許文献３には、上記のような４群方式のズームレンズに対して、固定群として正の屈折力を有する第５レンズ群を追加し、２０倍程度の変倍比を確保したズームレンズが開示されている。
【０００６】
その他、本願とパワー配置およびズーム方式が異なる４群構成のズームレンズとしては、例えば特許文献４に記載のものがある。特許文献４には、物体側から順にそれぞれ、正、負、負、正の屈折力を有する第１〜第４レンズ群を有し、第１レンズ群と第４レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動することにより変倍を行い、変倍に伴う像面の補正を第３レンズ群により行うインナーズーム方式のズームレンズが記載されている（なお、特許文献４に記載の第１群、第２群、第３群、第４群を、本明細書においてはそれぞれ第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群と呼ぶことにする）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６７００６号公報
【特許文献２】特開２００７−１４８３４０号公報
【特許文献３】特開平９−９０２２１号公報
【特許文献４】特開２００８−２４１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年では、上記分野のカメラに搭載される撮像素子の高画素化に伴い、光学系に対しても高性能化が要望されており、さらには、約１５〜２０倍の高変倍比に対する要望も高まっている。これらの要望に加え、コンパクトな構成に対する従来からの要望も依然として存在している。
【０００９】
特許文献１記載のズームレンズは、光学系の小型化には有利であるが、ズーム比を１５倍以上とした場合、第１群レンズ群に起因する望遠端における軸上色収差と球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲を補正しきれず、ズーム全域で高性能を実現することは困難である。
【００１０】
特許文献２記載のズームレンズは、第２レンズ群が物体側から順に負、負、負、正の４枚構成であり、特許文献１に記載のものよりも第２レンズ群のレンズ枚数が１枚多い。しかし、特許文献２記載のズームレンズの第２レンズ群は、正レンズが１枚しかないため、基準波長の収差補正の負担が大きく、十分な色収差補正を行うことが困難である。
【００１１】
特許文献３記載のズームレンズは、２０倍程度の変倍比を有するものであるが、５群構成であるため、光学系の小型化に不利である。
【００１２】
特許文献４記載のズームレンズは、第２レンズ群および第３レンズ群が負レンズ群である。望遠端での青色の波長帯域の色収差を補正するためには、負レンズ群の屈折力を強くする必要があるが、特許文献４記載のズームレンズにおいて、負レンズ群の屈折力を強めると、第４レンズ群の大型化や球面収差の増大を招いてしまうため、好ましくない。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高い光学性能を保持するとともに、高倍率を有し、小型に構成可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、第２レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、１枚の正レンズとを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明のズームレンズでは、４つのレンズ群のうち、第２レンズ群のみを負レンズ群としており、必然的に第２レンズ群の屈折力が強くなるため、望遠端での青色の波長帯域の色収差の補正に有利となる。また、本発明のズームレンズでは、第２レンズ群の構成を、正負のレンズからなる接合レンズを含み、物体側から２番目および４番目に正レンズが配置された少なくとも２枚の正レンズを有する４枚構成とすることが可能である。これにより、望遠端における軸上色収差の補正が容易になり、高い光学性能を保持しながら、高倍率化および小型化を実現しやすくなる。
【００１６】
本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群が、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた１枚の負レンズと、像側に凸面を向けた接合面を有する１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、像側に凹面を向けた１枚の正レンズとからなる３群４枚構成であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の接合レンズを構成する正レンズと負レンズのｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【００１８】
また、本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、第２レンズ群の接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【００１９】
ここで、接合面の曲率半径Ｒ２３ｆの符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負とすることにする。
本発明のズームレンズにおいては、第２レンズ群における最も像側の正レンズのｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【００２０】
また、本発明のズームレンズにおいては、第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズからなる接合レンズと、２枚の正の単レンズとを含むように構成してもよい。
【００２１】
その際に、第１レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、第１レンズ群の接合レンズを構成する正レンズおよび第１レンズ群の２枚の正の単レンズのｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとし、第１レンズ群の接合レンズを構成する負レンズのｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（４）、（５）、（６）の少なくとも１つを満たすことが好ましい。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【００２２】
また、本発明のズームレンズにおいては、第３レンズ群が、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、第３レンズ群の少なくとも１枚の正レンズが少なくとも１面の非球面を有するように構成してもよい。
【００２３】
また、本発明のズームレンズにおいては、第４レンズ群が、物体側から順に、２枚の正レンズと、１枚の負レンズとからなり、第４レンズ群における最も物体側の正レンズは両面が非球面であり、第４レンズ群の負レンズは像側に凹面を向けているように構成してもよい。
【００２４】
なお、上記の第３レンズ群および第４レンズ群の非球面を有するレンズの屈折力の符号は、近軸領域におけるものとする。
【００２５】
また、本発明のズームレンズにおいては、全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【００２６】
ここで、上記のＴｄの算出の際には、バックフォーカス分は空気換算長を用いるものとする。
【００２７】
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のズームレンズを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１レンズ群と第３レンズ群とを固定群とし、第２レンズ群を光軸に沿って移動させることにより変倍を行い、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群の移動により行う方式のズームレンズにおいて、第１〜第４レンズ群のうち第２レンズ群のみを負レンズ群とし、第２レンズ群の構成を好適に設定しているため、高い光学性能を保持するとともに、高倍率を有し、小型に構成可能なズームレンズおよび該ズームレンズを備えた撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例２のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図３】本発明の実施例３のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図４】本発明の実施例４のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図５】本発明の実施例５のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図６】本発明の実施例６のズームレンズのレンズ構成を示す断面図
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｌ）は本発明の実施例１のズームレンズの各収差図
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｌ）は本発明の実施例２のズームレンズの各収差図
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｌ）は本発明の実施例３のズームレンズの各収差図
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）は本発明の実施例４のズームレンズの各収差図
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）は本発明の実施例５のズームレンズの各収差図
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｌ）は本発明の実施例６のズームレンズの各収差図
【図１３】本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態にかかるズームレンズの構成を示す断面図であり、後述の実施例１のズームレンズに対応している。
【００３２】
このズームレンズは、光軸Ｚに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００３３】
このズームレンズは、リアフォーカス方式のズームレンズであり、広角端から望遠端への変倍を行う際には、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３を光軸Ｚ上に固定とし、第２レンズ群Ｇ２を光軸Ｚに沿って像側に移動させることにより変倍を行うとともに、該変倍に伴う像面位置の補正および合焦を第４レンズ群Ｇ４を光軸Ｚに沿って移動させることにより行うように構成されている。
【００３４】
図１では、左側が物体側、右側が像側であり、上段に広角端におけるレンズ配置を示し、下段に望遠端におけるレンズ配置を示し、広角端から望遠端へ変倍するときの各レンズ群の概略的な移動軌跡を矢印で示している。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。
【００３５】
また、図１では像面をＳｉｍとして図示している。例えばこのズームレンズを撮像素子が搭載された撮像装置に適用する際には、像面Ｓｉｍに撮像素子の撮像面が位置するように配置される。
【００３６】
ズームレンズを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、最も像側のレンズと撮像面との間にカバーガラスや、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタ等を配置することが好ましく、図１では、最も像側のレンズ群と像面Ｓｉｍとの間に、これらを想定した平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。
【００３７】
本実施形態のズームレンズは、主に第２レンズ群Ｇ２に特徴的な構成を有している。第２レンズ群Ｇ２は、図１に示す例のように、物体側から順に、１枚の負レンズＬ２１と、１枚の正レンズＬ２２および１枚の負レンズＬ２３からなる接合レンズと、１枚の正レンズＬ２４とを含むように構成される。
【００３８】
特許文献１〜３に記載された従来例の第２レンズ群では、正レンズは最も像側の１枚だけであり、これでは十分な色収差補正を行うことが困難であった。これに対して、図１に示す本実施形態にかかるズームレンズでは、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目と４番目に正レンズを配置しており、計２枚の正レンズを有しているため、良好な色収差の補正が可能になる。
【００３９】
特に本実施形態では、第２レンズ群Ｇ２の物体側から２番目に正レンズＬ２２が配置されている点が特許文献１〜３の従来例と大きく異なる。この正レンズＬ２２と負レンズＬ２３とで接合レンズを構成することで、この接合レンズの接合面の曲率半径を小さくすることができ、これにより、色収差、特に望遠端における軸上色収差を良好に補正することが可能になる。
【００４０】
このタイプのズームレンズでは、望遠端における色収差を補正するために、第１レンズ群のレンズ材料に異常分散材料を用いることが考えられるが、第１レンズ群に異常分散材料を用いると、第１レンズ群で無視できない程度の青色の波長帯域の色収差が発生してしまう可能性が高い。全系の色収差を良好に抑えるためには第１レンズ群で発生するこの青色の波長帯域の色収差を他のレンズ群でキャンセルする必要がある。これには、光線が高く発散群である第２レンズ群で行うことが考えられる。
【００４１】
しかし、特許文献１〜３の従来例のような正レンズが１枚しかない第２レンズ群の構成では、第１レンズ群に異常分散材料を用いた場合に発生する青色の波長帯域の色収差をキャンセルすることが困難であった。これに対して、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の構成によれば、第１レンズ群に異常分散材料を用いても、その際に発生する青色の波長帯域の色収差をキャンセルして全系で良好な色収差補正を行うことができる。なお、望遠端における色収差は、高倍率化に伴って大きく発現する傾向にあるため、本実施形態の第２レンズ群Ｇ２の構成は、高倍率化を図る上で特に有効である。
【００４２】
なお、望遠端での青色の波長帯域の色収差を補正するためには、負レンズ群の屈折力を強くする必要があるが、本実施形態では第２レンズ群が唯一の負レンズ群であるため、必然的に第２レンズ群の屈折力は強いものとなっており、望遠端での青色の波長帯域の色収差の補正に有利である。また、本実施形態では、第２レンズ群の像側に続いて配置される第３レンズ群が正レンズ群であることから、第２レンズ群で発散した光線を第３レンズ群で収束できるため、第２レンズ群の屈折力を強くしても第４レンズ群の大型化を心配する必要はない。
【００４３】
これに対して、特許文献４の従来例では第２レンズ群と第３レンズ群がともに負レンズ群であり、これら２つの負レンズ群で負の屈折力を分配する構成であるため、各負レンズ群の屈折力を強くしにくい。また、特許文献４の従来例では、第２レンズ群、第３レンズ群で発散した光線が第４レンズ群に入射するため、負レンズ群（第２レンズ群および／または第３レンズ群）の屈折力を強めると、第４レンズ群の大型化や、球面収差の増大を招いてしまうことになり、好ましくない。
【００４４】
本実施形態の第２レンズ群Ｇ２のさらに詳細な構成としては、最も物体側の負レンズＬ２１は像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けていることが好ましく、正レンズＬ２２および負レンズＬ２３からなる接合レンズの接合面は像側に凸面を向けていることが好ましく、正レンズＬ２４は像側に凹面を向けていることが好ましい。
【００４５】
仮に負レンズＬ２１が像側に曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けるように構成した場合には、広角端における像面湾曲がマイナス側に倒れ、望遠端における球面収差がマイナス側に倒れてしまう。
【００４６】
仮に正レンズＬ２２および負レンズＬ２３からなる接合レンズの接合面が像側に凹面を向けるように構成した場合には、広角端における倍率色収差が大きくなるとともに、望遠端における青色の波長帯域の軸上色収差が補正不足となる。
【００４７】
仮に正レンズＬ２４が像側に凸面を向けるように構成した場合には、中間から望遠端におけるコマ収差が大きくなってしまう。
【００４８】
例えば、図１に示す例の第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、像側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２２および両凹形状の負レンズＬ２３の貼り合わせによる接合レンズと、像側に凹面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ２４とが配されてなる３群４枚構成を採っている。
【００４９】
なお、第２レンズ群Ｇ２は５枚以上のレンズを有する構成を採ることも考えられるが、コンパクト性を重視する場合は、上記のような、負レンズＬ２１と、正レンズＬ２２および負レンズＬ２３による接合レンズと、正レンズＬ２４とからなる３群４枚構成とすることが好ましい。
【００５０】
第１レンズ群Ｇ１の構成としては、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の単レンズである正レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むことが好ましい。
【００５１】
第１レンズ群Ｇ１をこのような構成とすることにより、正の屈折力を分散させ、第１レンズ群Ｇ１に起因する望遠端における軸上色収差と球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲を良好に補正することができる。
【００５２】
第１レンズ群Ｇ１のさらに詳細な構成としては、負レンズＬ１１は像側に凹面を向けたメニスカス形状であり、正レンズＬ１２、Ｌ１３、１４は全て物体側に凸面を向けたメニスカス形状であることが好ましい。このような構成により、望遠端における周辺光束、広角端における軸外光束の各面での入射角が大きくなるのを抑制することができ、望遠端における球面収差、広角端におけるコマ収差、像面湾曲の補正効果を高めることができる。
【００５３】
なお、第１レンズ群Ｇ１は５枚以上のレンズを有する構成を採ることも考えられるが、コンパクト性を重視する場合は、上記のような、物体側から順に、負レンズＬ１１および正レンズＬ１２による接合レンズと、２枚の単レンズである正レンズＬ１３、１４とが配されてなる３群４枚構成とすることが好ましい。
【００５４】
ここで、第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数に注目して、図１に示す本実施形態のズームレンズと特許文献４に記載のズームレンズとを比較する。特許文献４に記載のズームレンズの第１レンズ群（すなわち特許文献４の記載における第１群Ｇ１）は、５枚構成であり、図１に示す本実施形態のものより１枚多い。特許文献４に記載のズームレンズでは、第１レンズ群の構成を適切に設定することにより、第１レンズ群で望遠端寄りの軸上色収差を補正しているため、第２レンズ群（すなわち特許文献４の記載における第２群Ｇ２）の青色の波長帯域の色収差の補正効果は少ない。
【００５５】
したがって、小型化等の目的で、単純に特許文献４記載のズームレンズの第１レンズ群の枚数を減じた場合、第１レンズ群、第２レンズ群のレンズ枚数は見かけ上本実施形態と同様となるが、色収差補正能力は本実施形態と同等のものを期待することはできない。特許文献４記載のズームレンズの第１レンズ群の枚数を減じるのであれば、軸上色収差補正のために異常分散材料を用いる必要が生じ、その場合には前述したような考察が必要となる。
【００５６】
本発明の実施形態にかかる第３レンズ群Ｇ３の構成としては、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、第３レンズ群Ｇ３に含まれる少なくとも１枚の正レンズは少なくとも１面が非球面であることが好ましい。第３レンズ群Ｇ３が正レンズと負レンズの両方を有することで、色収差の補正においてバランスをとりやすくなる。また、非球面レンズを有することで、ズーム全域で軸上光束および軸外光束の両方の光束に作用し、良好に収差補正して高い光学性能を得ることが容易となる。
【００５７】
例えば図１に示す例の第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、正レンズＬ３１と負レンズＬ３２とが配されてなる２群２枚構成であるが、第３レンズ群Ｇ３は、後述の実施例に示すように、２枚の正レンズと１枚の負レンズとで構成してもよく、あるいは１枚の正レンズと２枚の負レンズとで構成してもよい。また、第３レンズ群Ｇ３は、隣り合う正レンズと負レンズを接合した構成を採用してもよい。
【００５８】
第４レンズ群Ｇ４の構成としては、例えば図１に示す例のように、物体側から順に、２枚の正レンズＬ４１、Ｌ４２と、１枚の負レンズＬ４３とからなり、第４レンズ群Ｇ４における最も物体側の正レンズＬ４１は両面が非球面であり、第４レンズ群Ｇ４における負レンズＬ４３は像側に凹面を向けていることが好ましい。
【００５９】
仮に負レンズＬ４３が像側に凸面を向けるように構成した場合には、広角端から中間で、球面収差がプラス側に倒れてしまう。
【００６０】
第４レンズ群Ｇ４が正レンズと負レンズの両方を有することで、色収差の補正においてバランスをとりやすくなり、第４レンズ群Ｇ４が２枚の正レンズを有することで第４レンズ群Ｇ４に必要な正の屈折力を確保しやすくなる。また、非球面レンズを有することで、主に広角端で軸上光束および軸外光束、望遠端で軸外光束に作用し、良好に収差補正して高い光学性能を得ることが容易となる。
【００６１】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下に述べる条件式を満たすことが好ましい。なお、好ましい態様としては、下記条件式のいずれか１つの式を満足するものでもよく、あるいは任意の組合せを満足するものでもよい。以下に、条件式と、その作用効果について述べる。
【００６２】
第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【００６３】
条件式（１）は、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のアッベ数の差の範囲を規定するものである。一般に、高変倍比になると、望遠端の軸上色収差を補正することが困難になる。条件式（１）は、軸上色収差を良好に補正するための式である。条件式（１）の下限以下になると、軸上色収差を補正するために必要なアッベ数の差を得ることができず、軸上色収差を良好に補正することが困難になる。
【００６４】
第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆ２とし、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが好ましい。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【００６５】
条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と接合面の曲率半径の関係を規定するものである。条件式（２）の下限以下になると、望遠端における赤色の波長帯域の軸上色収差が大きくなり、好ましくない。条件式（２）の上限以上になると、望遠端における青色の波長帯域の軸上色収差が大きくなり、好ましくない。
【００６６】
第２レンズ群Ｇ２における最も像側の正レンズ（図１に示す例では正レンズＬ２４）のｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【００６７】
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の最も像側の正レンズの屈折率の範囲を規定するものである。条件式（３）の下限以下になると、必要な屈折力を得るために曲率半径が小さくなり、そうするとレンズ周辺部まで含めて考えたときの第２レンズ群Ｇ２全体の光軸方向の長さが長くなり、好ましくない。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むように構成される場合、負レンズＬ１１のｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、接合レンズを構成する正レンズＬ１２および２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４のｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとしたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことが好ましい。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
【００６９】
条件式（４）、（５）は望遠端における色収差を良好に補正するためのものである。条件式（４）、（５）を満足するレンズ材料の組み合わせを選択することにより、第１レンズ群Ｇ１で発生する軸上色収差を小さくし、望遠端における色にじみによる性能劣化を抑制することができる。
【００７０】
第１レンズ群Ｇ１が、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１および１枚の正レンズＬ１２からなる接合レンズと、２枚の正の単レンズＬ１３、Ｌ１４とを含むように構成される場合、負レンズＬ１１のｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（６）を満たすことが好ましい。
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【００７１】
条件式（１）は第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の負レンズの屈折率を規定するものである。条件式（１）の下限以下になると、望遠比を小さくした場合に望遠端において諸収差、特にコマ収差が大きくなり、高性能を維持することができない。
全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことが好ましい。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【００７２】
条件式（７）は、望遠端における焦点距離に対する光学系全長を規定するものである。条件式（７）の下限以下になると、光学系全長の短縮には有利であるが、諸収差、特に望遠端における軸上色収差を補正することが困難となり、ズーム全域で高性能を維持することができない。条件式（７）の上限以上になると、収差の補正には有利であるが、光学系全長が長くなり小型化に反するため好ましくない。
【００７３】
第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３のｄ線における屈折率をそれぞれＮ２２、Ｎ２３としたとき、下記条件式（８）を満たすことが好ましい。
｜Ｎ２２−Ｎ２３｜＜０．０３５ … （８）
【００７４】
条件式（８）は、第２レンズ群Ｇ２の接合レンズを構成する正レンズＬ２２と負レンズＬ２３の屈折率の差の範囲を規定するものである。条件式（８）の上限以上になると、軸上色収差以外の諸収差を良好に補正することが困難になる。
【００７５】
本発明の実施形態にかかるズームレンズは、さらに以下の条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）のいずれかあるいは全てを満足することがより好ましい。条件式（１−１）、（２−１）、（３−１）、（４−１）、（５−１）、（６−１）、（７−１）それぞれを満たすことで、条件式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、（７）それぞれを満たすことにより得られる効果をさらに高めることができる。
ν２３−ν２２＞１８．０ … （１−１）
１．００＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．４０ … （２−１）
１．８４＜Ｎ２４ … （３−１）
１８．０＜ν１ｎ＜２６．０ … （４−１）
５６．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５−１）
１．８０＜Ｎ１ｎ … （６−１）
１．１０＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．４０ … （７−１）
【００７６】
また、本ズームレンズが例えば屋外等の厳しい環境において使用される場合には、最も物体側に配置されるレンズには、風雨による表面劣化、直射日光による温度変化に強く、さらには油脂・洗剤等の化学薬品に強い材料、すなわち耐水性、耐候性、耐酸性、耐薬品性等が高い材料を用いることが好ましく、さらには堅く、割れにくい材料を用いることが好ましい。以上のことから最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
【００７７】
本ズームレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コート膜を施すようにしてもよい。
【００７８】
図１に示す例では、レンズ系と像面Ｓｉｍとの間に光学部材ＰＰを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態のズームレンズによれば、要求される仕様等に応じて、上記した好ましい構成を適宜採用することで、４群を有するリアフォーカス方式のズームレンズにおいて、レンズ枚数を大幅に増やすことなく、小型の構成と、高倍率、および高い光学性能を実現することができる。
【００８０】
次に、本発明のズームレンズの数値実施例について説明する。実施例１のズームレンズのレンズ断面図は図１に示したものである。実施例２〜６のズームレンズの各レンズ断面図をそれぞれ図２〜図６に示す。図２〜図６の図示方法は図１のものと同様である。
【００８１】
実施例１にかかるズームレンズの基本レンズデータを表１に、非球面データを表２に、諸データを表３に、各群の焦点距離を表４に示す。同様に、実施例２〜６にかかるズームレンズの基本レンズデータ、非球面データ、諸データ、各群の焦点距離を表５〜表２４に示す。以下では、表中の記号の意味について、実施例１を例にとり説明するが、実施例２〜６のものについても基本的に同様である。
【００８２】
表１の基本レンズデータでは、物体面の位置を無限遠とし、Ｓｉは最も物体側の構成要素の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示している。また、基本レンズデータにおいて、Ｎｄｊは最も物体側のレンズを１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊはｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。なお、基本レンズデータには、開口絞りＳｔおよび光学部材ＰＰも含めて示している。開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄に（開口絞り）と記載している。基本レンズデータの曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
【００８３】
表１の基本レンズデータにおいて、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄にはそれぞれＤ７、Ｄ１４、Ｄ１９、Ｄ２５の符号を記載し、各符号の後に（可変）と記載している。後述の実施例についても同様に、変倍時に間隔が変化する面間隔の欄には対応する符号を記載している。
【００８４】
表１の基本レンズデータでは、非球面の面番号に＊印を付しており、非球面の曲率半径として光軸近傍の曲率半径の数値を示している。表２の非球面データには、非球面の面番号と、各非球面の非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式（Ａ）で表される非球面式における各係数ＫＡ、ＲＢｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。
Ｚｄ＝Ｃ・ｈ２／｛１＋（１−ＫＡ・Ｃ２・ｈ２）１/２｝＋ΣＲＢｍ・ｈｍ … （Ａ）
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍の曲率半径の逆数
ＫＡ、ＲＡｍ：非球面係数（ｍ＝３、４、５、…２０）
【００８５】
なお、表２の非球面係数の数値において、記号Ｅは、その次に続く数値が１０を底としたべき指数であることを示し、その１０を底とした指数関数で示される数値がＥの前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−２」であれば「１．０×１０−２」であることを示す。
【００８６】
表３の諸データには、ズーム比と、広角端、中間、望遠端における、全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバー、半画角ω、最大の像高Ｙ、レンズ系全長、バックフォーカス、変倍時に変化する各面間隔Ｄ７、Ｄ１４、Ｄ１９、Ｄ２５の値を示す。
【００８７】
表４の各群の焦点距離には、第１レンズ群〜第４レンズ群の各群の始面（最も物体側の面）と、焦点距離を示す。
【００８８】
なお、ここでは一例として、表１〜表４における長さの単位に「ｍｍ」を用い、角度の単位に「度」を用い、式（Ａ）のＺｄ、ｈの単位に「ｍｍ」を用いている。しかし、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００８９】
【表１】
【００９０】
【表２】
【００９１】
【表３】
【００９２】
【表４】
【００９３】
実施例１のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３を正レンズＬ３１と、負レンズＬ３２の２枚で構成していたが、実施例２のズームレンズは、第３レンズ群Ｇ３を正レンズＬ３１と、正レンズＬ３２と、負レンズＬ３３の３枚で構成している。実施例３〜６の第３レンズ群Ｇ３も３枚構成である。
【００９４】
【表５】
【００９５】
【表６】
【００９６】
【表７】
【００９７】
【表８】
【００９８】
【表９】
【００９９】
【表１０】
【０１００】
【表１１】
【０１０１】
【表１２】
【０１０２】
【表１３】
【０１０３】
【表１４】
【０１０４】
【表１５】
【０１０５】
【表１６】
【０１０６】
【表１７】
【０１０７】
【表１８】
【０１０８】
【表１９】
【０１０９】
【表２０】
【０１１０】
【表２１】
【０１１１】
【表２２】
【０１１２】
【表２３】
【０１１３】
【表２４】
【０１１４】
表２５に、実施例１〜６における条件式（１）〜（８）に対応する値を示す。表２５からわかるように、実施例１〜６のいずれも、条件式（１）〜（８）を満足している。
【０１１５】
【表２５】
【０１１６】
図７（Ａ）〜図７（Ｌ）に実施例１のズームレンズの広角端、中間、望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。各収差図には、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、波長５８７．６ｎｍでの収差を実線、波長４６０．０ｎｍでの収差を破線、波長６１５．０ｎｍでの収差を一点鎖線で示す。球面収差図のＦｎｏ．はＦナンバー、その他の収差図のωは半画角を意味する。
【０１１７】
同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｌ）、図９（Ａ）〜図９（Ｌ）、図１０（Ａ）〜図１０（Ｌ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｌ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｈ）に、実施例２〜６のズームレンズの広角端、中間、望遠端における、球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）、倍率色収差の各収差図を示す。
【０１１８】
以上のデータから、実施例１〜６のズームレンズは、１５〜２０倍程度の高倍率を有し、小型化を図りつつ、広角端でのＦナンバーが１．６程度と小さく、広角端から望遠端にわたり各収差が良好に補正されて可視域において高い光学性能を有することがわかる。これらのズームレンズは、監視カメラや、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等の撮像装置に好適に使用することができる。
【０１１９】
図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態にかかるズームレンズ１を用いて構成したビデオカメラ１０の構成図を示す。なお、図１３では、ズームレンズ１が備える正の第１レンズ群Ｇ１、負の第２レンズ群Ｇ２、開口絞りＳｔ、正の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を概略的に示している。
【０１２０】
ビデオカメラ１０は、ズームレンズ１と、ズームレンズ１の像側に配置されたローパスフィルタおよび赤外線カットフィルタ等の機能を有するフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子４と、信号処理回路５とを備えている。撮像素子４はズームレンズ１により形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子４としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等を用いることができる。撮像素子４は、その撮像面がズームレンズ１の像面に一致するように配置される。
【０１２１】
ズームレンズ１により撮像された像は撮像素子４の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子４からの出力信号が信号処理回路５にて演算処理され、表示装置６に像が表示される。
【０１２２】
なお、図１３には、１つの撮像素子４を用いた、いわゆる単板方式の撮像装置を図示しているが、本発明の撮像装置としては、ズームレンズ１と撮像素子４の間にＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）等の各色に分ける色分解プリズムを挿入し、各色に対応する３つの撮像素子を用いた、いわゆる３板方式のものでもよい。
【０１２３】
本発明の実施形態にかかるズームレンズ１は前述した長所を有するものであるため、本実施形態の撮像装置は、１５〜２０倍程度の変倍比を有し、小型に構成可能で、かつ高画質の映像を得ることができる。
【０１２４】
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
【符号の説明】
【０１２５】
１ ズームレンズ
２ フィルタ
４ 撮像素子
５ 信号処理回路
６ 表示装置
１０ ビデオカメラ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
ＰＰ 光学部材
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、１枚の正レンズとを含むことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群が、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた１枚の負レンズと、像側に凸面を向けた接合面を有する１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、像側に凹面を向けた１枚の正レンズとからなる３群４枚構成であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群の前記接合レンズを構成する前記正レンズと前記負レンズのｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【請求項４】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第２レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【請求項５】
前記第２レンズ群における最も像側の正レンズのｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【請求項６】
前記第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズからなる接合レンズと、２枚の正の単レンズとを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記正レンズおよび前記第１レンズ群の前記２枚の正の単レンズのｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとしたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
【請求項８】
前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載のズームレンズ。
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【請求項９】
前記第３レンズ群が、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、前記第３レンズ群の少なくとも１枚の正レンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第４レンズ群が、物体側から順に、２枚の正レンズと、１枚の負レンズとからなり、前記第４レンズ群における最も物体側の前記正レンズは両面が非球面であり、前記第４レンズ群の前記負レンズは像側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１１】
全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
物体側から順に、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第１レンズ群と、負の屈折力を有し、光軸に沿って移動することにより変倍を行う第２レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有し、変倍時に固定されている第３レンズ群と、正の屈折力を有し、変倍に伴う像面位置の補正および合焦を行う第４レンズ群とを備え、
前記第２レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズと、１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、１枚の正レンズとを含むことを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
前記第２レンズ群が、物体側から順に、像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた１枚の負レンズと、像側に凸面を向けた接合面を有する１枚の正レンズおよび１枚の負レンズからなる接合レンズと、像側に凹面を向けた１枚の正レンズとからなる３群４枚構成であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記第２レンズ群の前記接合レンズを構成する前記正レンズと前記負レンズのｄ線におけるアッベ数をそれぞれν２２、ν２３としたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のズームレンズ。
ν２３−ν２２＞１５．０ … （１）
【請求項４】
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とし、前記第２レンズ群の前記接合レンズの接合面の曲率半径をＲ２３ｆとしたとき、下記条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のズームレンズ。
０．９０＜Ｒ２３ｆ／ｆ２＜１．５０ … （２）
【請求項５】
前記第２レンズ群における最も像側の正レンズのｄ線における屈折率をＮ２４としたとき、下記条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のズームレンズ。
１．７５＜Ｎ２４ … （３）
【請求項６】
前記第１レンズ群が、物体側から順に、１枚の負レンズおよび１枚の正レンズからなる接合レンズと、２枚の正の単レンズとを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項７】
前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線におけるアッベ数をν１ｎとし、前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記正レンズおよび前記第１レンズ群の前記２枚の正の単レンズのｄ線におけるアッベ数の平均をν１ｐとしたとき、下記条件式（４）、（５）を満たすことを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
１８．０＜ν１ｎ＜３０．０ … （４）
５０．０＜ν１ｐ−ν１ｎ … （５）
【請求項８】
前記第１レンズ群の前記接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線における屈折率をＮ１ｎとしたとき、下記条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載のズームレンズ。
１．７５＜Ｎ１ｎ … （６）
【請求項９】
前記第３レンズ群が、１枚の正レンズと、１枚の負レンズとを含み、前記第３レンズ群の少なくとも１枚の正レンズが少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１０】
前記第４レンズ群が、物体側から順に、２枚の正レンズと、１枚の負レンズとからなり、前記第４レンズ群における最も物体側の前記正レンズは両面が非球面であり、前記第４レンズ群の前記負レンズは像側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のズームレンズ。
【請求項１１】
全系における最も物体側の面から像面までの光軸上の距離をＴｄとし、望遠端における焦点距離をｆｔとしたとき、下記条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
１．００＜Ｔｄ／ｆｔ＜１．５０ … （７）
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のズームレンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１６０２９８（Ｐ２０１０−１６０２９８Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６１（Ｐ２００９−２１６１）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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